- •Основы использования системы designlab для моделирования радиоэлектронных устройств Состав и возможности системы схемотехнического моделирования рэу DesignLab
- •Состав системы, назначение и порядок использования программ
- •Пользовательский интерфейс системы
- •Основные возможности системы
- •Графический ввод схем радиоэлектронных устройств
- •Ввод и размещение компонентов
- •Редактирование параметров компонентов
- •Построение принципиальных схем
- •Моделирование радиоэлектронных устройств в режиме анализа частотных характеристик
- •Ввод источника сигнала, размещение маркеров и проверка схемы на наличие ошибок
- •Задание параметров директивы моделирования
- •Проведение моделирования и анализ полученных результатов
- •Моделирование радиоэлектронных устройств в режиме анализа временных характеристик
- •Ввод источника сигнала, размещение маркеров и проверка схемы на наличие ошибок
- •Задание параметров директивы моделирования
- •Примеры и порядок выполнения заданий на моделирование схемы в режиме анализа временных характеристик
Примеры и порядок выполнения заданий на моделирование схемы в режиме анализа временных характеристик
При выполнении следующего задания можете использовать введенную вами схему или использовать файл p2.sch из каталога схем, в котором уже установлены соответствующие параметры директивы моделирования, значения параметров источника сигнала, а также необходимые маркеры.
Задание 1
Запустите командой Analysis/Simulate моделирование схемы, представленной на рис. 1-19, и наблюдайте результаты расчета временного представления входного и выходного сигналов. Из графика видно, что фильтр уменьшает уровень входного сигнала приблизительно в 2 раза (это характерно для пассивных фильтров) и сигнал на выходе фильтра появляется с некоторой задержкой (результат влияния фазочастотной характеристики фильтра).
Измените значение частоты входного сигнала, увеличив его в 10 раз. Для этого дважды щелкните по символу источника сигнала и в раскрывшемся окне установите новое значение атрибута Freq (частота). Выполните моделирование, оцените результат. Из графика видно, что уровень выходного сигнала (по сравнению с постоянным уровнем входного сигнала) уменьшился более чем в 2 раза. Это и есть результат фильтрации: частоты, не попадающие в полосу пропускания фильтра, значительно ослабляются.
Выполните графический ввод схемы, представленной на рис. 1-21 (или воспользуйтесь файлом в каталоге схем p3.sch). В данном примере рассмотрим процесс фильтрации сигналов, поступающих на вход фильтра нижних частот из источников V1 (частота=10 кГц) и V2 (частота=80 кГц). Сигнал с частотой 80 кГц будет отфильтрован (подавлен), то есть на выходе фильтра будет только сигнал с частотой 10 кГц, попадающий в полосу пропускания фильтра.
Рис. 1-21. Схема фильтра с двумя источниками входных сигналов
Задайте значения атрибутов источников сигналов в соответствии с рис. 1-22.
а б
Рис. 1-22. Значения атрибутов источников: а — V1, б — V2
Задайте имена проводников inputl, input2, output (как показано на рис. 1-21) и установите маркеры напряжения на этих проводниках. Сохраните схему.
Задайте параметры директивы моделирования: Print Step=1u, Final Time=0,5m, Step Ceiling=1u и выполните моделирование.
Проанализируйте результат, выведенный программой Probe. На входе фильтра присутствуют 2 сигнала с разными частотами. На выходе — только сигнал с частотой, попадающий в полосу пропускания фильтра.
Реально на входе фильтра присутствует смесь сигналов. Чтобы увидеть временное представление смеси сигналов — гармоническое колебание с биениями — переместите один из входных маркеров в точку соединения резисторов R2, R3, R0, а другой маркер удалите. Выполните моделирование, оцените результат.
Измените частоту второго источника сигнала, установив ее равной 60 кГц (затем 40, 30, 20 кГц). Выполните моделирование, оцените результат.
Программа Probe не только может отображать графики полученных результатов, но и выполнять их обработку, включая сложные алгебраические операции, вычисления интегралов, преобразование Фурье и т. д. Выбор соответствующего действия осуществляется с помощью команды Trace/Add (график/добавить). После чего в открывшемся окне в правом списке необходимо выбрать функцию, применяемую к данной характеристике, а в левом списке указать требуемую характеристику, щелкнув по ней левой кнопкой мыши. В нижней строке выводится математическая запись обработки для указанной характеристики. Так, например, для расчета и вывода графика суммы сигналов (напряжение в точке inputl + напряжение в точке input2) окно задания обработки будет иметь следующий вид (см. рис. 1-23).
Рис. 1-23. Диалоговое окно выбора выводимой характеристики и задания ее математической обработки
Удаление характеристики с графика осуществляется следующим образом: необходимо выделить имя характеристики (имена расположены в левом углу под графиком), щелкнув по нему мышкой, и затем нажать на клавиатуре клавишу Delete.
Задание 2
С помощью команды Trace/Add добавьте на график характеристику, вычисляемую с помощью выражения V(input1) + V(input2). Для этого на схеме обязательно должны быть присвоены имена input1 и input2 проводникам, как показано на рис. 1-21.
Оцените результат. На графике появилась новая характеристика V(inputl) + V(input2), вычисленная математически и повторяющая характеристику, снятую в точке соединения резисторов R2, R3, R0 и вычисленную другим методом. Имеется лишь различие в уровне биений.
Подведите курсор к имени характеристики V(inputl) + V(input2) (внизу графика) и дважды щелкните мышкой. Появится окно, в котором Вы первоначально задавали математическое выражение для новой характеристики. В поле Trace Expression (выражение для построения характеристики) отредактируйте выражение, взяв его в скобки и разделив на 2: (V(inputl) + V(input2))/2. Оцените результат, характеристики почти совпали.
Удалите характеристику (V(inputl) + V(input2))/2.
Рис. 3.24. Вид окна программы Probe при вводе нового окна анализа
В программе Probe имеется возможность раздельного анализа характеристик (на отдельных графиках или в окнах анализа). Для добавления окна анализа необходимо выполнить команду Plot/Add Plot, после чего в верхней части окна программы появится новое окно анализа (пока еще без характеристики), а слева от него появится надпись SEL (выбрано), показывающая, что в данный момент это окно анализа является активным (рис. 1-24). Далее необходимо указать характеристику, какую необходимо выводить в это окно с помощью команды Trace/Add. Для удаления окна анализа необходимо выделить его, щелкнув по нему мышкой, и выполнить команду Plot/Delete Plot.
Задание 3
В программе Schematics задайте имя Smes проводнику, соединяющему резисторы R2, R3, R0, установите маркеры напряжения на проводники Smes, input 1, input 2 (маркер на проводнике output у Вас должен быть уже установлен). Задайте частоту второго источника сигнала равной 60 кГц. Выполните моделирование. Все четыре характеристики расположены в одном окне анализа, что неудобно. Поэтому оставьте в нижнем окне анализа только характеристику V(output), а остальные удалите.
Рис.1-25. Фрагмент окна программы Probe с раздельно выводимыми временными характеристиками
С помощью команды Plot/Add Plot добавьте три новых окна анализа и выведите в каждое окно по одной характеристике (с помощью команды Trace/Add, предварительно выделив нужное окно анализа). В верхнее окно выведите характеристику V(inputl) — временное представление сигнала 1 с частотой 10 кГц, во второе окно выведите характеристику V(input2) — временное представление сигнала 2 с частотой 60 кГц, в третье окно выведите характеристику V(Smes) — временное представление суммы двух сигналов на входе фильтра. В нижнем окне у Вас должна остаться характеристика V(output) сигнала на выходе фильтра, повторяющего по форме сигнал 1. На рис. 1-25 показан фрагмент окна программы Probe, который должен получиться при выполнении указанных выше действий.
Рис. 1-26. Результат быстрого преобразования Фурье сигналов в контрольных точках
Нажав на кнопку с надписью FFT (быстрое преобразование Фурье), можно посмотреть спектральные составляющие, присутствующие в различных сигналах. Повторное нажатие этой кнопки приведет к выводу временного представления. Произведите спектральный анализ сигналов, нажав кнопку FFT. Оцените результат. На рис. 1-26 показан фрагмент окна программы Probe с результатами быстрого преобразования Фурье сигналов в контрольных точках схемы. Из рисунка видно, что в спектре выходного сигнала присутствует только частота первого источника сигнала, попадающего в полосу пропускания фильтра.
Удалите все окна анализа, за исключением окна с характеристикой V(Smes).
В программе Probe имеется возможность численного анализа характеристик с помощью двух электронных курсоров, которые считывают и выводят на экран в специальное окно координаты точек, в которых в настоящий момент расположены курсоры. Для активизации этого режима необходимо щелкнуть по кнопке или выполнить команду Tools/Cursor/Display. При этом появится окно, в котором отображаются (рис. 1-27):
Рис. 1-27. Окно электронного курсора
в верхней строке имя курсора С1, абсцисса (значение по оси X) и ордината (значение по оси Y) точки, в которой расположен курсор;
во второй строке то же самое для курсора С2;
в третьей строке разница абсцисс и ординат курсоров.
Курсор С1 привязан к левой кнопке мыши, курсор С2 — к правой кнопке. Для считывания значений характеристик необходимо нажать соответствующую кнопку и, удерживая ее, перемещать мышь влево—вправо.
Задание 4.
Измените верхний предел для временной оси. Для этого, дважды щелкнув мышью по любому из значений оси, в появившемся окне в группе Data Range (пределы оси) активизируйте переключатель User Defined (устанавливается пользователем) и в правом поле установите значение 200u (200 микросекунд), нажмите ОК.
Поупражняйтесь в использовании электронных курсоров и считывании данных с их помощью.
При активизации режима электронных курсоров становится доступным ряд кнопок, с помощью которых можно также управлять положением курсора — перемещать его к какой-либо характеристической точке. Ниже приводятся пиктограммы кнопок и их назначение:
— перемещает курсор к следующему пику (с обеих сторон от него должно быть хотя бы по одной точке с меньшим значением ординаты);
— перемещает курсор к следующей впадине (с обеих сторон от нее должно быть хотя бы по одной точке с большим значением ординаты);
— перемещает курсор к точке, находящейся по середине между соседними пиком и впадиной;
— перемещает курсор к точке на графике, имеющей минимальное значение ординаты;
— перемещает курсор к точке на графике, имеющей максимальное значение ординаты;
— перемещает курсор к следующей точке отсчета.
Приведенные команды изменяют положение того курсора, который перемещался последним с помощью мыши (или функциональных клавиш). Причем направление перемещения курсора с помощью кнопок совпадает с направлением его последнего перемещения с помощью мыши.
Задание 5
Переместите курсор C1 вправо, щелкнув левой кнопкой мыши правее от той точки, где он ранее размещался. Нажимая на кнопку перемещения к пику, снимите показания пиков характеристики.
Когда курсор дойдет до крайнего правого положения, щелкните левой кнопкой мыши в точке, расположенной левее. Нажимая на кнопку перемещения к пику, наблюдайте перемещение курсора к очередному пику характеристики в обратном направлении.
Проделайте действия 1—2 с курсором С1 с использованием других кнопок перемещения курсора.
Выполните действия 1—3 для курсора С2, используя правую кнопку мыши.
Следует отметить, что рассмотренные возможности программы Probe доступны и в других режимах анализа (частотном, по постоянному току и т. д.).